CC BY
36
------------------------------------ © В.А. Вальц, А.В. Карпухин,
2007
УДК 622.4
В.А. Вальц, А.В. Карпухин
ПРЕИМУЩЕСТВА ФЛАНГОВОЙ СХЕМЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГАЗОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
¥~) еструктуризация угольной отрасли России и последую--яГ щий рост ее технико-экономических показателей, к сожалению, не сопровождался соответствующим повышением уровня культуры и безопасности производства. При снижении уровня общего травматизма увеличилась тяжесть его последствий и количество групповых и смертельных случаев, что особенно ярко проявляется в статистике взрывов метана и угольной пыли. Это свидетельствует о том, что как общие требования к системе вентиляции шахт и выемочных участков при высокопроизводительной разработке газоносных угольных пластов, так и конкретные рекомендации по расчету рациональных параметров схем вентиляции при разработке газоносных пластов, - устарели или вообще отсутствуют.
В настоящее время отсутствуют типовые технологические схемы для современных нагрузок на очистной забой (более 5000 т/сут), требующих применения эффективного проветривания и управления газовыделением. Действующие нормативнометодические документы не соответствуют сегодняшним условиям угледобычи (как по природной газоносности, так и по интенсивности ведения горных работ).
Для обоснования требований к технологической схеме добычи угля на высокопроизводительных газообильных участках, разрабатывающих пласты пологого падения был выполнен анализ эффективности проветривания выемочных участков при различных схемах вентиляции в условиях шахты «Распадская».
Существующая на шахте схема проветривания - центрально-отнесенная. Она характеризуется расположением в центре шахтного поля (по линии падения) двух шахтных стволов (или других используемых в данном значении выработок), один - воздухоподаю-
щий, другой - воздуховыдающий. Воздух движется от воздухоподающей к воздуховыдающей выработке по кратчайшему расстоянию. Чтобы подвести воздух в очистной забой приходится на его пути возводить вентиляционные сооружения (отрицательные регуляторы). Но в случае их разрушения (разгерметизации), происходит короткое замыкание вентиляционных струй (свежей и исходящей) и объект повышенного метановыделения остается без проветривания. Кроме того, вентиляционные шлюзы имеют технологические проемы, двери для прохода людей, проемы для транспортировки грузов, закрытые воротами или СГП, окна под ленточный конвейер. В этих шлюзах практически невозможно добиться герметизации, в результате чего появляются утечки, достигающие 50 % и более.
При этом проветривание выемочных участков осуществляется с применеием возвратноточной на массив схемы вентиляции с применением газоотсасывающих установок (подземных или по-верхностых). Несмотря на высокую эффективность комбинированного проветривания по управлению метановыделением в очистном забое, эти схемы сами по себе небезопасны, т.к. связаны с транспортированием, в том числе по подземным выработкам, метановоздушных смесей взрывоопасных концентраций, а также высокой эндогенной пожароопасностью при разработке свит пластов, склонных к самовозгоранию (вследствие неконтролируемости потоков утечек в выработанных пространствах). Но при центральной схеме проветривания для исключения выноса метана из выработанного пространства в очистной забой газоотсос, осуществляемый при помощи фланговых дренажных выработок, вертикальных скважин, выходящих на поверхность, и газоотсасывающих установок, - необходим.
С углублением горных работ появилась еще одна серьезная проблема - электроснабжение подземных токоприемников. Элек-трокабельное хозяйство, пластовые водоотливы, подстанции, компрессоры, приводы (в т.ч. и высоковольтные) ленточных конвейеров, доставочные лебедки, дизельный транспорт и т.д. оказались на исходящих струях воздуха, что требует дополнительной газовой защиты и значительно повышает вероятность аварийных ситуаций.
Для решения проблемы совершенствования вентиляционной системы шахты принято решение о переходе к фланговой схеме проветривания.
Фланговые (диагональные) схемы проветривания характеризуются расположением воздухоподающих выработок в центре шахтного поля, а воздуховыдающих - на его флангах. Поступивший в шахту свежий воздух движется по выработкам основного горизонта в сторону очистных забоев и после их проветривания выходит на вентиляционный горизонт и, не меняя направления, движется к вытяжным выработкам для выхода на дневную поверхность.
Достоинства фланговых схем:
1) они наиболее эффективны в отношении проветривания и наиболее надежны по условиям безопасности, поскольку утечки воздуха практически отсутствуют;
2) сравнительно небольшая и равномерная общешахтная депрессия;
3) большее число запасных выходов из шахты; легче и надежнее осуществляется регулирование количества воздуха для отдельных забоев.
4) высокая устойчивость проветривания;
5) возможность управления метановыделением за счет общешахтной депрессии без применения газоотсасывающих вентиляторов;
6) наиболее короткий путь движения вентиляционной струи.
Применение фланговой схемы проветривания должно быть
основным для абсолютного большинства угольных шахт, особенно при больших размерах шахтных полей по простиранию (более 2 км) и при разработке газоносных, склонных к самовозгоранию угольных пластов.
Для организации фланговой схемы проветривания на шахте «Распадская» необходимо следующее
1. Организация флангов.
В восточной части шахтного поля для этих целей планируется использовать бремсберговые части пластов 4-5, 6-6а, 7-7а, 9-10, 11 в западной части для пластов 9, 10, 11 скважину большого диаметра, а для пластов 3-3а, 6-6а, после остановки В0Д-40, вспомогательный ствол блока № 3.
Таблица 1
Показатели эффективности системы проветривания шахты "Распадская" при центральной схеме вентиляции
Показатель ВОД-40 бл. №3 ВОД-40 бл. №4 ВОД-40 бл. №4бис ВОД-40 бл. №5 Всего по шахте %
^га, даПа 121,0 114,0 192,2 116,0
Qвгп, м3/мин 18100 15800 15750 18070 67720 100
^п, даПа 102 93 125 83
Qш, м3/мин 12600 11560 12990 15080 52230 77
Qут.внешн., м /мин 5500 4240 2760 2990 15490 23
Qоз, м3/мин 2200 0 4640 1850 8690 13
Qпз, м3/мин 1750 4030 5560 5600 16940 25
Оюд., м3/мин 1450 1820 850 620 4740 7
Qут.внутр., м /мин 7200 5710 1940 7010 21860 32
Qпол, м3/мин 5400 5850 11050 8070 30370
^^пол, % 30 37 70 45 45
Qут.сум., м /мин 12700 9950 4700 10000 37350
Qут.сум., % 70 63 30 55 55
Таблица 2
Показатели эффективности системы проветривания шахты "Распадская" при фланговой схеме вентиляции
Показатель ВОД-40 бл. №4 В0Д-40 бл. №4бис В0Д-40 бл. №5 GAF 38-21-1 скв 0 3,6 м Всего по шахте %
hum, даПа 17б,0 254,0 142,0 428,0
Quito м3/мин 17б00 18420 8040 23700 67760 100
hm, даПа 150 171 137 313
Qm, м3/мин 143б0 1бЗ20 5880 23250 59810 88
Qyт.внеmн., м /мин 3240 2100 21б0 450 7950 12
Qyт.внyтр., м /мин 2480 2230 1130 2780 8620 13
Qпол, м3/мин 11880 14090 4750 20470 51190 75
^^пол, % б8 7б 59 8б
□ Qут.внешн.
□ Qут.внутр.
□ Qпол
Рис. 1. Распределение воздуха в шахтной вентиляционной сети при центральной схеме вентиляции
Рис. 2. Распределение воздуха в шахтной вентиляционной сети при фланговой схеме вентиляции
2. Подача дополнительного количества воздуха в центральную часть шахтного поля.
Для этого планируется оснастить групповую скважину, пробуренную в районе центральных уклонов, вентилятором главного проветривания.
Расчеты, проведенные с помощью моделирования шахтной вентиляционной сети, показали, что общая эффективность системы вентиляции при переходе к фланговой схеме проветривания существенно повышается. В табл. 1 и 2 приведены показатели состояния вентиляционной системе при существующей и планируемой схемах проветривания соответственно.
Изменение непроизводительных потерь воздуха при переходе к фланговой схеме очевидно из данных диаграмм (рис. 1 и рис. 2) распределения воздуха в шахтной вентиляционной сети.
Таким образом, можно сделать вывод, что в случае внедрения фланговой схемы проветривания на шахте «Распадская» получим следующие результаты:
- схему проветривания с высокой степенью устойчивости;
- центральные выработки шахты, где в основном сосредоточено электрокабельное хозяйство шахты, будет проветриваться свежей струей воздуха;
- уменьшение депрессии шахты, внешних и внутренних утечек;
- коэффициент использования свежего воздуха, подаваемого вентиляторами главного проветривания достигнет 75 %, вместо 45
%;
- концентрация метана, отводимого на поверхность вакуумными насосами, составит 50-80 %, что, во-первых, безопасно, во-вторых, пригодно для промышленного использования;
- снижение количества вентиляционных шлюзов со 140 до 80;
- протяженность горных выработок уменьшится на 50 км;
- количество выработок, выходящих на поверхность сократится с 47 до 13;
- появится возможность отказа от управления метановыделе-ния при помощи газоотсасывающих установок.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------
Вальц В.А. - горный инженер, ш. «Распадская»,
Карпухин А.В. - студент, МГГУ.
ТТ5
